Керамическая PCB - 10-слойная печатная плата HDI (HDI PCB)

Различные производители печатных плат обладают разными технологическими возможностями. Чем ближе параметры разводки к предельным возможностям производства, тем ниже выход годных изделий и тем выше стоимость изготовления PCB.

С быстрым развитием технологий 5G, Интернета вещей (IoT), искусственного интеллекта и автомобильной электроники требования к печатным платам постоянно возрастают. Современные электронные устройства требуют более высокой плотности монтажа, большей точности производства и более сложных технологических процессов. В результате производственные возможности производителей также непрерывно совершенствуются.

По сравнению с традиционными PCB, платы HDI отличаются более высокой плотностью разводки, меньшими размерами, меньшим весом, более высокой степенью интеграции.

Ниже приведены структура HDI PCB и основные технологии, используемые при их производстве.

Процесс производства печатных плат HDI

Процесс производства печатных плат HDI

1. Основные особенности технологии HDI PCB

Мicrovia (microvias)
HDI-платы содержат конструкции с microvia, включая глухие отверстия малого диаметра. Основной особенностью является формирование микроскопических отверстий диаметром менее 100 мкм. Такая технология предъявляет высокие требования к точности сверления, стоимости производства и контролю технологического процесса. В традиционных многослойных PCB обычно используются только сквозные отверстия без микроглухих и buried-via структур.

Миниатюризация дорожек и зазоров
Для HDI PCB характерны очень малые ширины дорожек и междорожечных зазоров. Обычно ширина линии и spacing составляют менее 50 мкм. Это требует высокого качества обработки поверхности и минимизации дефектов проводников.

Высокая плотность контактных площадок
Плотность контактных площадок может превышать 80 площадок на квадратный сантиметр.

Уменьшение толщины диэлектрика
Толщина межслойного диэлектрика постепенно уменьшается до 50 мкм и менее. При этом возрастают требования к равномерности толщины, особенно для HDI PCB и substrate-плат с контролем импеданса.

2. Процесс горизонтического гальванического меднения

При производстве HDI PCB используются горизонтальные и вертикальные линии гальванического меднения с нерастворимыми фосфорсодержащими медными анодами. Такой процесс особенно подходит для высокоплотных плат электронных устройств и микросхемных изделий.

Главное преимущество горизонтического гальванического процесса заключается в непрерывной подаче стабильных ионов Cu²⁺ в раствор. Это позволяет поддерживать стабильную концентрацию меди и улучшает заполнение глухих микровиа.

Использование импульсного тока совместно с оптимизацией параметров электролита позволяет реализовать сверхзаполнение microvia-отверстий. Технология обеспечивает:

- заполнение углублений менее 10 мкм;

- равномерное покрытие толщиной около 15 мкм;

- изготовление дорожек и зазоров порядка 50 мкм.

Во всем процессе обеспечивается высокая равномерность медного покрытия.

3. Гальваническое заполнение глухих microvia 

Электрохимическое заполнение глухих microvia стало стандартной технологией при производстве HDI PCB.

Во время процесса плотность тока должна быть достаточно низкой, чтобы подавлять осаждение меди вне микровиа. При этом требуется полное заполнение blind vias и отсутствие влияния на тонкие проводники. Используются full panel plating и pattern plating.

Для оптимизации процесса применяется вертикальная линия DC-гальваники с нерастворимыми фосфорсодержащими медными анодами, что обеспечивает равномерное распределение меди по толщине платы.

4. Отверстия в HDI PCB

При проектировании как сквозных, так и глухих/заглубленных отверстий необходимо учитывать aspect ratio (отношение толщины платы к диаметру отверстия).

Механическое сверление
Для традиционных PCB минимальный диаметр отверстия обычно более 0,15 мм, стандартное aspect ratio 8:1, в отдельных случаях возможно 12:1 и выше.

Лазерное сверление
Из-за ограничений мощности лазера диаметр microvia обычно составляет 3–6 mil, а рекомендуемое значение для HDI 4 mil.

Для процессов металлизации и заполнения microvia отношение глубины отверстия к диаметру обычно ограничивается 1:1.

5. Технологические ограничения

Чем толще PCB и меньше диаметр отверстия, тем сложнее химическим растворам проникать внутрь отверстий и тем выше риск неравномерного меднения.

Даже при использовании вибрации, повышенного давления, специальных методов циркуляции электролита, внутри отверстий может возникать разница концентраций раствора. Это приводит к слишком тонкому медному покрытию в центральной части отверстия.

В результате возможны micro crack, микрообрывы межслойных соединений, отказ схемы при механической нагрузке или термоциклировании.

Поэтому при разработке HDI PCB необходимо учитывать реальные производственные возможности фабрики. Иначе это может привести к усложнению производства, росту брака, увеличению стоимости, невозможности серийного изготовления платы.